用超聲波探測礦井采空區(qū)頂?shù)装迳畈繋r層裂隙的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用超聲波探測礦井采空區(qū)頂?shù)装迳畈繋r層裂隙的方法，主要是將超聲波式探測儀探測桿置于采空區(qū)頂、底板鉆孔內(nèi)，分段探測鉆孔的超聲波傳播時(shí)間，直至整個(gè)鉆孔探測結(jié)束；待工作面回采后，利用原有方法重新分段探測鉆孔的超聲波傳播時(shí)間；根據(jù)工作面回采前、后分段探測的時(shí)間和發(fā)射、接受換能器的距離l，分別計(jì)算超聲波在鉆孔中的傳播速度，再以傳播速度V為Y軸，以鉆孔深度L為X軸，繪制工作面回采前、后頂?shù)装錠-L曲線圖；對比工作面回采前、后曲線圖變化規(guī)律，得出工作面頂?shù)装辶严栋l(fā)育規(guī)律。本發(fā)明利用超聲波波速隨巖體裂隙發(fā)育增大而降低的特性，與傳統(tǒng)以漏水流失量作為評價(jià)指標(biāo)的探測方法相比，探測精度高。
【專利說明】用超聲波探測礦井采空區(qū)頂?shù)装迳畈繋r層裂隙的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及巖體破裂探測技術(shù)，尤其涉及礦井工作面采空區(qū)頂?shù)装迳畈繋r層裂隙 探測技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常情況下，礦井采煤工作面推進(jìn)以后，采空區(qū)頂板上方會出現(xiàn)冒落帶、裂隙帶和 緩慢下沉帶，底板內(nèi)會出現(xiàn)導(dǎo)水破壞帶、有效隔水層保護(hù)帶和承壓水導(dǎo)升帶。礦井采空區(qū)頂 底板裂隙（破壞）帶是礦井水進(jìn)入采空區(qū)的通道，一般情況下會出現(xiàn)在頂?shù)装迳畈繋r層范 圍內(nèi)，如頂板裂隙帶位于頂板上方40?80m。了解工作面采空區(qū)頂?shù)装鍘r層裂隙帶發(fā)育范 圍對于建筑物、公（鐵）路和水下采煤及底板承壓水上采煤具有重要意義；同時(shí)對具有沖擊 傾向性、煤與瓦斯突出傾向的煤層安全開采，煤與煤層氣共采以及淺埋煤層保水開采也具 有一定的作用。
[0003] 工作面采空區(qū)頂?shù)装鍘r層內(nèi)裂隙帶探測儀器通常采用雙端堵水器。中國專利（申 請?zhí)?0106348. 7)公布了一種采用雙端堵水器向鉆孔分段注水技術(shù)，通過鉆孔內(nèi)雙端堵水 器漏水量確定采煤工作面頂?shù)装鍘r層裂隙發(fā)育情況。此技術(shù)包括：①利用地質(zhì)鉆機(jī)（坑道 鉆機(jī)）向采空區(qū)頂板（底板）鉆孔，把雙端堵水器分段放入仰斜（俯斜）鉆孔，其下端與高 壓氣管、鉆桿與水流量監(jiān)測裝置連接；②打開高壓氣閥，通氣脹開兩端氣囊，把鉆孔某段封 堵；③在氣囊脹開達(dá)到一定壓力后，向封堵端注水，通過測定鉆孔內(nèi)不同深度水漏失量的大 小，確定頂?shù)装鍘r層裂隙分布規(guī)律。上述專利存在的缺點(diǎn)：①由于在封堵氣囊之間注水，水 壓較大時(shí)易使封孔氣囊松弛，堵孔可靠性下降，水從下部氣囊流出，增加了雙端堵水器漏水 流失量，探測精度低，無法獲得真實(shí)有效的結(jié)果；②水壓難以控制，注水管和流量表容易崩 裂，操作困難；③雙端堵水器重量較大，不易在鉆孔內(nèi)推移，且容易堵塞，勞動(dòng)工作量大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有用水漏失量探測裂隙方法的不足，本發(fā)明依據(jù)超聲波技術(shù)，提供了 一種探測精度高、容易操作的探測方法，具體如下：
[0005] 第一步：向采空區(qū)頂、底板鉆孔
[0006] 工作面回采前，在工作面附近的巷道中，利用地質(zhì)鉆機(jī)或坑道鉆機(jī)向頂、底板鉆取 一定深度的鉆孔，成孔后充水清孔；
[0007] 第二步：組裝與布置超聲波式探測儀
[0008] 超聲波式探測儀由超聲波式探測桿、超聲波控制主機(jī)、連接桿、通信電纜和調(diào)壓注 水裝置構(gòu)成；所謂超聲波式探測桿是一根無縫式隔音桿，桿長2m左右，距隔音桿的上端頭 IOcm處固定有發(fā)射換能器，距隔音桿的下端頭IOcm處固定有接收換能器，在隔音桿的下端 頭為帶有螺紋的連接頭，通過連接頭可與連接桿連接；所謂的連接桿由多節(jié)無縫式空心桿 連接而成，空心桿一端設(shè)有螺母，另一端設(shè)有螺柱，可使多節(jié)無縫式空心桿相互連接；超聲 波控制主機(jī)通過通信電纜與發(fā)射換能器和接收換能器連接，以控制超聲波的激發(fā)、接收和 記錄超聲波傳播時(shí)間；所謂的控壓注水裝置是由調(diào)壓注水控制臺、膠囊注水管、注水封孔器 構(gòu)成，其中調(diào)壓注水控制臺設(shè)有水壓表和注水調(diào)壓閥門；
[0009] 把超聲波式探測桿置于鉆孔內(nèi)，接上連接桿，同時(shí)把注水管穿過注水封孔器進(jìn)入 鉆孔內(nèi)，隨后推動(dòng)注水封孔器進(jìn)入鉆孔進(jìn)行封孔；
[0010] 第三步：用超聲波式探測桿分段探測鉆孔的超聲波傳播時(shí)間T
[0011] 首先，把超聲波式探測桿在鉆孔內(nèi)推進(jìn)2m;操作調(diào)壓注水裝置，高壓水通過膠囊 注水管向鉆孔注水，并且實(shí)時(shí)注水以保持水壓基本穩(wěn)定；打開超聲波控制主機(jī)，激發(fā)探測桿 中發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波，超聲波沿著鉆孔壁傳播，超聲波控制主機(jī)中計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，待 接收換能器接收到超聲波后，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，此時(shí)超聲波控制主機(jī)顯示超聲波傳播時(shí)間 T ；
[0012] 記錄完成后，把超聲波式探測桿繼續(xù)推進(jìn)2m，重復(fù)上述操作步驟，循環(huán)進(jìn)行，直至 整個(gè)鉆孔探測結(jié)束；
[0013] 第四步：待工作面回采后，利用原有鉆孔按照上述方法重新分段探測鉆孔的超聲 波傳播時(shí)間T ;
[0014] 第五步：探測數(shù)據(jù)分析
[0015] 根據(jù)工作面回采前、后分段探測的時(shí)間T和發(fā)射、接受換能器的距離1，分別計(jì)算 超聲波在鉆孔中的傳播速度V :
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種用超聲波探測礦井采空區(qū)頂?shù)装迳畈繋r層裂隙的方法，其特征在于， 第一步：向采空區(qū)頂、底板鉆孔 工作面回采前，在工作面附近的巷道中，利用地質(zhì)鉆機(jī)或坑道鉆機(jī)向頂、底板鉆取鉆 孔，成孔后充水清孔； 第二步；組裝與布置超聲波式探測儀 超聲波式探測儀由超聲波式探測桿、超聲波控制主機(jī)、連接桿、通信電纜和調(diào)壓注水裝 置構(gòu)成；所謂超聲波式探測桿是一根無縫式隔音桿，桿長2m，距隔音桿的上端頭10cm處固 定有發(fā)射換能器，距隔音桿的下端頭10cm處固定有接收換能器，在隔音桿的下端頭為帶有 螺紋的連接頭，通過連接頭可與連接桿連接；所謂的連接桿由多節(jié)無縫式空也桿連接而成， 空也桿一端設(shè)有螺母，另一端設(shè)有螺柱，從而使多節(jié)無縫式空也桿相互連接；超聲波控制主 機(jī)通過通信電纜與發(fā)射換能器和接收換能器連接，W控制超聲波的激發(fā)、接收和記錄超聲 波傳播時(shí)間；所謂的控壓注水裝置是由調(diào)壓注水控制臺、膠囊注水管和注水封孔器構(gòu)成，其 中調(diào)壓注水控制臺設(shè)有水壓表和注水調(diào)壓閥口； 把超聲波式探測桿置于鉆孔內(nèi)，接上連接桿，同時(shí)把注水管穿過注水封孔器進(jìn)入鉆孔 內(nèi)，隨后推動(dòng)注水封孔器進(jìn)入鉆孔進(jìn)行封孔； 第H步：用超聲波式探測桿分段探測鉆孔的超聲波傳播時(shí)間T 首先，把超聲波式探測桿在鉆孔內(nèi)推進(jìn)2m ;操作調(diào)壓注水裝置，高壓水通過膠囊注水 管向鉆孔注水，并且實(shí)時(shí)注水W保持水壓基本穩(wěn)定；打開超聲波控制主機(jī)，激發(fā)探測桿中發(fā) 射換能器產(chǎn)生超聲波，超聲波沿著鉆孔壁傳播，超聲波控制主機(jī)中計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，待接收 換能器接收到超聲波后，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，此時(shí)超聲波控制主機(jī)顯示超聲波傳播時(shí)間T ; 記錄完成后，把超聲波式探測桿推進(jìn)2m，重復(fù)上述操作步驟，循環(huán)進(jìn)行，直至整個(gè)鉆孔 探測結(jié)束； 第四步：待工作面回采后，利用原有鉆孔按照上述方法重新分段探測鉆孔的超聲波傳 播時(shí)間T ; 第五步；探測數(shù)據(jù)分析 根據(jù)工作面回采前、后分段探測的時(shí)間T和發(fā)射、接受換能器的距離1，分別計(jì)算超聲 波在鉆孔中的傳播速度V: F =-了 再分別W傳播速度V為Y軸，W鉆孔深度L為X軸，繪制工作面回采前、后頂?shù)装錠-L 曲線圖； 對比工作面回采前、后V-L曲線圖變化規(guī)律，得出工作面頂?shù)装辶严栋l(fā)育規(guī)律。
【文檔編號】G01N29/07GK104391042SQ201410547097
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】寧建國, 王俊, 李學(xué)慧, 劉學(xué)生, 田成林 申請人:山東科技大學(xué)